結晶性一次元πナノ空間の創製と制御

• Project Area: Emergence of highly elaborated pai-space and its function
• Project/Area Number: 23108716
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 柳 和宏 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30415757)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2011: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 単一カイラリティ精製 / 結晶化 / 配列制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）のカイラリティ・配向・界面状況が均一なSWCNT結晶を創製する技術の開発、および、その結晶系にドーピングする技術を確立し、結晶性一次元πナノ空間の創製とその制御を目標に研究を行った。従来のSWCNT凝集体は、カイラリティ・配向・界面条件が不均一なランダムネットワーク系となっており、いかにSWCNTの高純度化を行っても、そのランダム性に由来して伝導電子は必然的に局在する。その結果、マクロスケールでSWCNT本来の電気伝導の性能を発現させることが出来なかった。この問題を解決するには結晶試料作製が必要不可欠であった。本研究において、高純度精製を行った単一カイラリティSWCNT分散溶液の温度と反応時間を巧妙にコントロールすることにより、SWCNTが一方向に配向した糸状集合体が形成可能であることを明らかにした。偏光顕微ラマン分光測定により、軸方向に配向していることを明らかにした。走査型電子顕微鏡測定によっても、SWCNTが軸方向に配向していることを明らかにした。同集合体に対して、イオンゲルを用いた電気二重層によるキャリア注入を行ったところ、トランジスタ動作を実現することに成功した。最大の易動度は100cm^2V-1s-1より大きく、ON/OFFは6×10^3程の良好な動作を示した。このような糸状配向体は、界面活性剤の種類や分散状態に大きく影響を受けることが分かっている。今後、SWCNT純度の改善やパラメータの最適化により、更なる配向度の改善、およびトランジスタ特性の改善が見込まれている。得られた成果に関して、学会発表を行い、今後、論文として報告する予定である。本研究において、単一カイラリティSWCNTの配向制御集合体の形成に成功し、SWCNT結晶化への端緒を得ることに成功した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Internal charge transfer in metallicity sorted ferrocene filled carbon nanotube hybrids (2013)
  • Author(s): Sauer, M., Shiozawa, H., Ayala, P., Ruiz-Soria, G., Liu, X., Chernov, A., Krause, S., Yanagi, K., Kataura, H., Pichler, T.
  • Journal Title: Carbon Volume: accepted Pages: 237-245
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2013.03.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charge manipulation in molecules encapsulated inside single-wall carbon nanotubes (2013)
  • Author(s): Yanagi, K.
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 110 Issue: 8 Pages: 86801-86801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.086801
  • NAID: 120007137053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ^<13>C-NMR Shift of Highly Concentrated Metallic and Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes (2013)
  • Author(s): K. Matsuda, et al.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Issue: 1 Pages: 15001-15001
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.015001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In situ filling of metallic single-walled carbon nanotubes with ferrocene molecules (2012)
  • Author(s): Sauer, M.
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. B Volume: 249 Issue: 12 Pages: 2408-2411
  • DOI: 10.1002/pssb.201200127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical signature of charge transfer in n-type carbon nanotube transistors doped with printable organic molecules (2012)
  • Author(s): Shimizu, R.
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 5 Issue: 12 Pages: 125102-125102
  • DOI: 10.1143/apex.5.125102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Orbital and spin magnetic moments of ferrocene encapsulated in metallicity sorted single-walled carbon nanotubes (2012)
  • Author(s): Briones-Leon, A.
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. B Volume: 249 Issue: 12 Pages: 2424-24247
  • DOI: 10.1002/pssb.201200165
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferromagnetic decoration in metal-semiconductor separated and ferrocene functionalized single-walled carbon nanotubes (2012)
  • Author(s): Chernov, A.
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. B Volume: 249 Issue: 12 Pages: 2323-2327
  • DOI: 10.1002/pssb.201200452
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic phase transition for defect induced electron spins from fully metal-semiconductor separated SWCNTs (2012)
  • Author(s): Havlicek, M.
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. B Volume: 249 Issue: 12 Pages: 2562-2567
  • DOI: 10.1002/pssb.201200426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indirect exchange interaction in fully metal-semiconductor separated single-walled carbon nanotubes revealed by electron spin resonance (2012)
  • Author(s): Havlicek, M.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 86 Issue: 4 Pages: 45402-45402
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.045402
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Chirality Extraction of Single-Wall Carbon Nanotubes for the Encapsulation of Organic Molecules (2012)
  • Author(s): M. Kawai, et al.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 134 Issue: 23 Pages: 9545-9548
  • DOI: 10.1021/ja3013853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fine patterning of inkjet-printed single-walled carbon-nanotube thin-film transistors (2012)
  • Author(s): Nobusa, Y.
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 51 Issue: 6S Pages: 06FD15-06FD15
  • DOI: 10.1143/jjap.51.06fd15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Continuous electron doping of single-walled carbon nanotube films using inkjet technique (2012)
  • Author(s): Matsuzaki, S.
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 51 Issue: 6S Pages: 06FD18-06FD18
  • DOI: 10.1143/jjap.51.06fd18
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Absorption spectra of high purity metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube thin films in a wide energy region (2011)
  • Author(s): Ichida, et al
  • Journal Title: Solid.State.Comm. Volume: 151 Pages: 1696-1699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inkjet printing of single-wall carbon nanotube thin-film transistors patterned by surface modification (2011)
  • Author(s): Nobusa, et al
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. Volume: 99 Pages: 183106-183108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inkjet printing of carbon nanotube complementary inverters (2011)
  • Author(s): Matsuzaki, et al
  • Journal Title: Appl.Phys.Express Volume: 4 Pages: 105101-105103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochromic carbon electrodes : Controllable visible color changes in metallic single-wall carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): Yanagi, et al
  • Journal Title: Adv.Mater. Volume: 23 Pages: 2811-2814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Confined water inside single-walled carbon nanotubes : Global phase diagram and effect of finite length (2011)
  • Author(s): Kyakuno, et al
  • Journal Title: J.Chem.Phys. Volume: 134 Pages: 244501-2445014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A comparison of the Liptay theory of electroabsorption spectroscopy with the sum-over-state model and its modification for the degenerate case (2011)
  • Author(s): Saito, et al
  • Journal Title: J.Chem.Phys Volume: 134 Pages: 44138-44146
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電気二重層を用いたキャリア注入による単一電子構造単層カーボンナノチューブの光吸収制御 (2013)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 物理学会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] 単一電子構造単層カーボンナノチューブ配向集合体の創製 (2013)
  • Author(s): 河合英輝
  • Organizer: π空間シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2013-03-13
• [Presentation] String-like Aggregates of Aligned (6,5) Single Wall Carbon Nanotubes (2013)
  • Author(s): H. Kawai
  • Organizer: フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] Control of Colors of Single-Wall Carbon Nanotubes: -Purification, Electrochromic Properties, (2013)
  • Author(s): K. Yanagi
  • Organizer: IWEPNM
  • Place of Presentation: Austria
  • Year and Date: 2013-03-04
  • Invited
• [Presentation] Alignment Control of Single Wall Carbon Nanotubes during Aggregation (2012)
  • Author(s): K. Yanagi
  • Organizer: pai-space international symposium
  • Place of Presentation: Hamamatsu
  • Year and Date: 2012-11-13
• [Presentation] Single chiral extraction of single-wall carbon nanotubes for the encapsulation of organic molecules (2012)
  • Author(s): K. Yanagi
  • Organizer: A3 symposium
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-10-29
• [Presentation] πナノ空間内に束縛されたβカロテンの電気化学特性 (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: カロテノイド研究会
  • Place of Presentation: 函館
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] 全固体型単層カーボンナノチューブエレクトロクロミック素子の開発 (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 愛媛
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 単一カイラリティ(11,10)単層カーボンナノチューブへのC60分子の内包 (2012)
  • Author(s): 河合将利
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 愛媛
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 単一(6,5)カイラリティカーボンナノチューブ厚膜を用いたイオンゲルトランジスタ (2012)
  • Author(s): 工藤光
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 愛媛
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] アルコール濃度制御による単層カーボンナノチューブの凝集体の形成と高純度化 (2012)
  • Author(s): 河合英輝
  • Organizer: フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 単一(6,5)カイラリティ単層カーボンナノチューブ厚膜におけるイオンゲルトランジスタ (2012)
  • Author(s): 工藤光
  • Organizer: フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 蒸気拡散法によって作製した単層カーボンナノチューブ凝集体の性質 (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 単一カイラリティ(11,10)単層カーボンナノチューブへのC60分子の内包 (2012)
  • Author(s): 河合将利
  • Organizer: フラーレンナノチューブグラフェンシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] Control of aggregation processes of single-wall carbon nanotube (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: π空間シンポジウム
  • Place of Presentation: 福井
  • Year and Date: 2012-07-19
• [Presentation] 結晶状単層カーボンナノチューブ集合体の作製とその物性 (2012)
  • Author(s): 工藤光, et al
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学上ヶ原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 結晶状単層カーボンナノチューブ集合体の創製 (2012)
  • Author(s): 工藤光, et al
  • Organizer: 第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-08
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブの色の電圧制御 (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 高分子同友会
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] C60内包単一カイラリティ単層カーボンナノチューブにおける ラマン振動モード (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Single chiral extraction of single-wall carbon nanotubes for the encapsulation of organic molecules (2012)
  • Author(s): K. Yanagi
  • Organizer: GMSI International Workshop
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Invited
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブ内包分子複合体の光機能 (2012)
  • Author(s): 柳和宏
  • Organizer: 横浜国立大学大学院 工学研究院 グループ研究セミナー
  • Place of Presentation: 横浜
  • Invited
• [Presentation] 全カーボンナノチューブエレクトロクロミック素子の開発 (2011)
  • Author(s): 柳和宏, et al
  • Organizer: 日本MRS
  • Place of Presentation: 横浜波止場会館
  • Year and Date: 2011-12-21
• [Presentation] Control of colors of single-wall carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): K.Yanagi
  • Organizer: International Symposium on Nano Science and Functional Materials : Post-symposium of International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2011-12-17
• [Presentation] 金属型単層カーボンナノチューブによるレアメタルフリーェレクトロクロミック素子の開発 (2011)
  • Author(s): 守屋理恵子, et al
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学小白川キャンパス
  • Year and Date: 2011-08-29
• [Presentation] All carbon nanotube electrochromic device (2011)
  • Author(s): K.Yanagi
  • Organizer: NT11
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2011-07-10
• [Book] 高次π空間の創発と機能開発 (2012)
  • Author(s): 柳和宏（分担）
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 単層カーボンナノチューブの結晶化方法 (2011)
  • Inventor(s): 柳和宏, 他3名
  • Industrial Property Rights Holder: 首都大学東京
  • Industrial Property Number: 2011-282196
  • Filing Date: 2011-12-22